工业锅炉超载水压试验的安全性能评估

陈志刚 王小聪 李茂东

（广州特种承压设备检测研究院 广州 510663）

工业锅炉超载水压试验的安全性能评估

陈志刚 王小聪 李茂东

（广州特种承压设备检测研究院 广州 510663）

锅炉的超载水压试验影响锅炉的安全与使用寿命。某型号WNS4-1.0-Y（Q）的工业锅炉水压试验由于操作不当，超载水压试验压力达2.3MPa，为评估此次超载对锅炉本体的影响，本文通过对锅炉本体进行宏观检查、壁厚检测、硬度检测、磁记忆检测、磁粉检测和强度校核方法对其安全性能进行测试研究，并缩短定期检验周期加强监督。实际监督表明，锅炉使用至今未发现异常。本文为工业锅炉超载水压试验的安全性能评估提供参考。

工业锅炉 超载水压试验 安全 评估

在工业生产和建设中，为避免潜在危险对人身、设备和环境造成伤害或损失，安全评估方法与手段对保障设备和人员安全发挥重要的积极作用［1］。锅炉作为重要的设备，其水压试验是对承压部件强度和严密性的综合检验，对于新安装锅炉可以检验焊接质量和承压部件的制造质量。对于在用锅炉可以检验锅炉承压部件因腐蚀、磨损、机械损伤、蠕变和热应力疲劳等的损伤程度和焊缝、法兰及阀门等的严密程度［2-4］。锅炉的水压试验过程必须严格按照《锅炉安全技术监察规程》（以下简称《锅规》）要求进行。在实际试压过程中，操作不当会给设备本身带来安全隐患，甚至造成操作人员的伤亡［5］。对于超压过程未按《锅规》要求对设备带来的潜在危害，必须通过一定的安全评估方法确保设备安全，并采取措施加强监控，才能保证设备安全运行。

1 锅炉的超载水压试验

某型号为WNS4-1.0-Y（Q）的新安装工业锅炉，在监检人员未在场情况下预先进行水压试验，由于安装单位人员操作不当，试验的超压压力达2.3MPa，现场水压曲线，见图1。

图1 水压试验曲线

2 安全测试研究

按《锅规》要求，正确试验压力应为1.4MPa。按《锅规》规定的试验参数进行水压试验不会对锅炉造成破坏的，但实际超载水压试验压力达2.3MPa，为正常试验压力1.4MPa的1.64倍，是否对锅炉造成损害，必须通过一定的安全评定方法评估超载对锅炉本体的影响，故采取了宏观检查、壁厚测量、硬度测量、磁记忆检测、磁粉检测和强度校核等手段对其安全性进行测试研究。

图2 检测部位示意图

2.1 宏观检查

对锅炉的锅壳筒体、炉胆、回燃室、前管板、后管板、拉撑管、斜拉撑等承压部位进行宏观检查，未发现明显变形及其它宏观缺陷。如炉胆和拉撑管的宏观外貌见图3和图4。

图3 炉胆宏观外貌

图4 拉撑管宏观外貌

2.2 壁厚检测

对锅炉的锅壳筒体、炉胆、回燃室、前管板、后管板进行壁厚检测，锅壳实测最小壁厚为12.0mm，前管板实测最小壁厚为16.1mm，后管板实测最小壁厚为16.1mm，锥形炉胆实测最小壁厚为14.3mm，波形炉胆实测最小壁厚为12.2mm，回燃室实测最小壁厚为14.5mm。检测结果均大于理论计算需要壁厚。如回燃室厚度检测位置见图2，测量结果见表1。

表1 壁厚检测结果（mm）

2.3 硬度检测

为评估是否己造成冷变形从而引起硬度变化，对锅壳筒体、回燃室按GB/T 17394—2014要求进行硬度检测。测量结果均符合要求。如回燃室焊缝测量值在111～132HBHLD之间，回燃室母材测量值在122～141HBHLD之间，符合要求。回燃室硬度测量位置见图2，测量结果见表2。

表2 硬度测量结果（HB）

2.4 磁记忆检测

按标准DL/T 370—2010《承压设备焊接接头金属磁记忆检测》，对拉撑管、安全阀和主汽阀角焊缝进行磁记忆检测，结果未发现异常。检测位置见图2。

2.5 磁粉检测

对拉撑管角焊缝和回燃室筒体内壁对接焊缝按NB/T 47013—2015相关要求进行磁粉探伤，未发现缺陷显示，评定级别为Ⅰ级。回燃室的探伤位置见图2。

2.6 强度校核

锅 壳：p=2.3MPa，φJ=1，Dn=2002mm，ty=12.0mm，σS=295MPa。

前管板：p=2.3MPa，t=16.1mm，K=Kmax=0.467，dJ=（dJ）max=296.6mm，σS=266MPa。

后管板：p=2.3MPa，t=16.1mm，K=Kmax=0.453，dJ=（dJ）max=287.1mm，σS=266MPa。

锥 形 炉 胆： p=2.3MPa，Dp=775mm， n1=2.5，n2=3， L=643mm， u=1.5， Et=195000，σ=300MPa。

波形炉胆：p=2.3MPa，Dw=924mm，［σ］=0.9σs=0.9×245=265.5MPa

回 燃 室：p=2.3MPa，Dp=1414mm，n1=2.5，n2=3，L=396mm，u=1.5，Et=195000，σ=320MPa。

强度校核计算如下：

锥形炉胆、回燃室：

tmin取tmin1和tmin2中较大值。

锥形炉胆：tmin=12.15＜14.3mm

回燃室：tmin=14.90＞14.5mm

强度校核结果表明，锅壳、前管板、后管板在2.3MPa试验压力下薄膜应力均小于材料常温下屈服强度的90%，符合要求。锥形炉胆、波形炉胆在2.3MPa实际试验压力下的最小需要厚度小于实测最小壁厚，符合要求。回燃室在2.3MPa实际试验压力下的最小需要厚度14.90mm略大于实测最小壁厚14.5mm。

3 安全测试结论

1）对如上所述部位进行宏观检查、壁厚检测、硬度检测、磁记忆检测和磁粉检测均未发现异常；

2）强度校核表明，锅壳、前管板、后管板在2.3MPa试验压力下薄膜应力均小于材料常温下屈服强度的90%，符合要求。锥形炉胆、波形炉胆在2.3MPa实际试验压力下的最小需要厚度小于实测最小壁厚，符合要求。回燃室在2.3MPa实际试验压力下的最小需要厚度14.90mm略大于实测最小壁厚14.5mm。

3）综合判断，安装监督检验合格并正式投入运行后可监控使用。第一次内部检验日期应安排在正式投运半年内进行，此后的两次内部检验周期应缩短为一年。

4 安全测试评估效果

通过采取缩短检验周期后，使用至今3年半时间共进行3次内部检验，采取宏观检查、壁厚测量、硬度测量、渗透检测和磁粉检测等方法对锅炉本体进行详细检验检测，未发现异常，检验结论为符合要求。

5 结束语

1）本文的锅炉超载水压试验案例，通过对锅炉本体进行宏观检查、壁厚检测、硬度检测、磁记忆检测、磁粉检测和强度校核方法对其安全性能进行测试研究，并缩短定期检验周期加强监督。实际监督表明，锅炉使用至今未发现异常。

2）超载水压后有可能出现焊缝开裂倾向，因此对本锅炉的定期检验中，应注意烟管与管板焊接处开裂问题，可适当增加磁粉检验部位与比例。

3）本文是对出现威胁锅炉安全时采取的一种监督性的措施，安全性能评估过程及其方法是一种补救性措施，实际水压试验过程必须严格按照《锅炉安全技术监察规程》要求进行。

4）锅炉使用单位、安装单位应严格按照《特种设备安全法》规定，发现锅炉存在安全问题时，应及时通知监察机构和检验单位。

［1］ 郭晶晶，白焰.火电厂汽包水位保护系统的安全评估［J］.中国电力，2011，44（1）：78-82.

［2］ 黎华，王小聪，李茂东，等.300MW电站锅炉集箱管接头角焊缝水压泄漏原因分析及返修处理［J］.锅炉技术，2013，44（3）：56-58.

［3］ 徐国.电站锅炉首次水压试验有关问题的探讨［J］.锅炉技术，2006，37（3）：56-59.

［4］ 张景阳，翟晓鹰.电站锅炉整体水压试验中应注意的若干问题［J］.电站系统工程，2006，22（3）：27-30.

［5］ 张术宽，黎华，王恋.超载水压试验泄漏筒体开裂分析与安全性能评估［J］.石油化工设备，2010，39（S1）：8-10.

Safety Assessment to Overload Hydrostatic Pressure Test of Industrial Boiler

Chen Zhigang Wang Xiaocong Li Maodong
（ Guangzhou Special Pressure Equipment Inspection and Research Institute Guangzhou 510663）

Overload hydrostatic pressure test influences the safety and service life of boiler.A type of WNS4-1.0-Y（Q） of industrial boiler was found that hydrostatic pressure was up to 2.3MPa because of improper operation.In order to evaluate the effect of overload on the boiler body， macroscopic detection， wall thickness testing， hardness testing， magnetic memory testing， magnetic particle testing and strength checking calculation were investigated， and periodic inspection was shortened to strengthen supervision.So far the actual supervision has showed that no abnormal phenomenon was found.This paper provides a reference for safety assessment to overload hydrostatic pressure test of industrial boiler.

Industrial boiler Overload hydrostatic pressure test Safety Assessment

X933.2

B

1673-257X（2016）09-0033-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.008

陈志刚（1964～），男，本科，院长，高级工程师，从事特种设备检验检测工作。

（2016-04-09）